一種具有表面增強(qiáng)拉曼活性的微流控芯片及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有表面增強(qiáng)拉曼活性的微流控芯片，包括芯片基底，所述芯片基底上設(shè)有至少一條微流道以及與微流道相通的進(jìn)液孔和出液孔，所述微流道內(nèi)設(shè)有微結(jié)構(gòu)陣列，所述微結(jié)構(gòu)陣列表面鍍有兩層金屬膜。本實(shí)施例制備上述微流控芯片的方法，首先，加工具有微結(jié)構(gòu)陣列的微流控芯片硬質(zhì)模板，并復(fù)制得到微流控芯片；然后在微流控芯片微結(jié)構(gòu)陣列表面鍍金屬膜；最后在鍍膜后的微流控芯片上加工與微流道相連通的進(jìn)液孔和出液孔即得產(chǎn)品。本發(fā)明表面增強(qiáng)拉曼微流控芯片具有雙金屬多級結(jié)構(gòu)，有顯著的拉曼散射增強(qiáng)能力；本發(fā)明的制備工藝簡單，適用于規(guī)?；a(chǎn)。
【專利說明】一種具有表面增強(qiáng)拉曼活性的微流控芯片及其制備方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種微流控芯片制備技術(shù)，特別涉及一種具有表面增強(qiáng)拉曼活性的微流控芯片及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]微流控芯片技術(shù)是將化學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)分析過程的樣品制備、反應(yīng)、分離、檢測等操作單元集成到一塊微米尺度的芯片上，自動(dòng)完成分析過程，具有分析效率高、試劑和樣品消耗少、檢測時(shí)間短、易集成等特點(diǎn)，可以提供一種更加快捷、準(zhǔn)確的“綠色”分析手段，在生物醫(yī)藥、食品安全、環(huán)境監(jiān)測等諸多領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。目前，微流控芯片中應(yīng)用較多的檢測方法主要有熒光檢測法、化學(xué)發(fā)光法、紫外吸光光度法、電化學(xué)檢測法和質(zhì)譜檢測法。其中應(yīng)用最為廣泛的是熒光檢測法，它的靈敏度雖然很高，但檢測系統(tǒng)較復(fù)雜、成本較高、不易微型化，且很多物質(zhì)本身不具有熒光性，需要進(jìn)行熒光修飾而限制了其應(yīng)用范圍。因此，亟需提供一種免標(biāo)記的、無損的、高信息量(指紋光譜)的檢測方法。
[0003]拉曼光譜能夠提供分子指紋信息，且其信號(hào)不會(huì)被水干擾，可以對樣品進(jìn)行快速定性、無損分析，在微流控分析檢測技術(shù)中極具潛力。但是，樣品的固有拉曼信號(hào)都很弱，應(yīng)用時(shí)需通過一些方法對其進(jìn)行增強(qiáng)。表面增強(qiáng)拉曼散射(SERS)是常用的一種增強(qiáng)方法，采用Au、Ag等金屬納米材料制備活性基底，可使檢測靈敏度提高IO3~IO7倍。
[0004]研究表明，雙金屬復(fù)合材料具有較強(qiáng)的光學(xué)吸收與較適合的共振吸收波長，是一種十分理想的SERS基底材料。但是，目前雙金屬結(jié)構(gòu)主要用化學(xué)合成法制備，其缺點(diǎn)是均勻金屬納米粒子的制備和保存都較困難，所以應(yīng)用受到限制。本發(fā)明制備了一種具有雙金屬多級結(jié)構(gòu)SERS活性的微流控芯片，該芯片具有很高的檢測靈敏度和良好的重復(fù)性，且制備方法簡單、成本低、可大面積制備，將推動(dòng)微流控芯片在各領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種高靈敏度的具有表面增強(qiáng)拉曼活性的微流控芯片。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的具有表面增強(qiáng)拉曼活性的微流控芯片，包括芯片基底，所述芯片基底上設(shè)有至少一條微流道以及與微流道相通的進(jìn)液孔和出液孔，所述微流道的內(nèi)壁設(shè)有微結(jié)構(gòu)陣列，所述微結(jié)構(gòu)陣列表面鍍有第一層金屬膜和第二層金屬膜。
[0007]進(jìn)一步，所述微結(jié)構(gòu)陣列設(shè)置在微流道的內(nèi)底壁。[0008]進(jìn)一步，所述微流道的寬度為10~500 μ m，深度為10~500 μ m，所述微結(jié)構(gòu)陣列的微結(jié)構(gòu)呈柱形、三角形、金字塔形、倒金字塔形、錐形或球形，所述微結(jié)構(gòu)尺寸為0.5~100 μ m,陣列周期為0.5~100 μ m。
[0009]進(jìn)一步，所述金屬膜為Au、Ag、Cu或Pt膜。
[0010]進(jìn)一步，所述芯片基底材質(zhì)為聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷、PVC軟玻璃或熱塑性聚烯烴樹脂。[0011]進(jìn)一步,所述第一層金屬膜厚度為100?500nm,所述第二層金屬膜的厚度為5?lOOnm。
[0012]本發(fā)明還提供一種制備具有表面增強(qiáng)拉曼活性的微流控芯片的方法，包括以下步驟:
[0013]I)加工硬質(zhì)模板:在硬質(zhì)模板上加工微流道，在微流道中加工微結(jié)構(gòu)陣列，獲得微流控芯片硬質(zhì)模板；
[0014]2)制備微流控芯片:向微流控芯片硬質(zhì)模板上澆注芯片材料，脫模即得與硬質(zhì)模板互補(bǔ)的具有微結(jié)構(gòu)陣列的微流控芯片；
[0015]3)鍍金屬膜:在微流控芯片微結(jié)構(gòu)陣列表面鍍金屬膜；
[0016]4)打孔:在鍍膜后的微流控芯片上加工與微流道相連通的進(jìn)液孔和出液孔即得產(chǎn)
品O
[0017]進(jìn)一步，步驟I)的硬質(zhì)模板為硅片、石英、玻璃或聚甲基丙烯酸甲酯，加工方法為光刻、激光加工或等離子體刻蝕加工。
[0018]進(jìn)一步，所述步驟2)澆注的芯片材料為聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷、PVC軟玻璃或熱塑性聚烯烴樹脂。
[0019]進(jìn)一步，所述步驟3)鍍金屬膜時(shí)分兩步進(jìn)行，首先在微流控芯片微結(jié)構(gòu)陣列表面鍍上100?500nm的第一層金屬膜,然后在上面鍍上5?IOOnm的第二層金屬膜。
[0020]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明表面增強(qiáng)拉曼活性的微流控芯片具有雙金屬多級結(jié)構(gòu)，有顯著的拉曼散射增強(qiáng)能力；本發(fā)明的制備方法工藝相對簡單，重復(fù)性高，適用于規(guī)模化生產(chǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進(jìn)行說明:
[0022]圖1為本發(fā)明設(shè)計(jì)的微流控芯片結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2為圖1中微流道的局部放大圖；
[0024]圖3為鍍有雙層金屬膜的柱形微結(jié)構(gòu)陣列剖面圖；
[0025]圖中:1.第一進(jìn)液孔；2.第二進(jìn)液孔；3.出液孔；4.微流道；5.芯片基底；6.第一層金屬膜；7.第二層金屬膜；8.微結(jié)構(gòu)。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0027]實(shí)施例1:
[0028]如圖1和2所示，本實(shí)施例具有表面增強(qiáng)拉曼活性的微流控芯片，包括芯片基底5，所述芯片基底5上設(shè)有至少一條微流道4以及與微流道4相通的進(jìn)液孔1、2和出液孔3，所述微流道4的內(nèi)壁設(shè)有微結(jié)構(gòu)陣列，所述微結(jié)構(gòu)陣列表面鍍有第一層金屬膜6和第二層金屬膜7。
[0029]作為本實(shí)施例的改進(jìn)，所述微結(jié)構(gòu)陣列設(shè)置在微流道4的內(nèi)底壁。
[0030]作為本實(shí)施例的改進(jìn)，所述微流道4的寬度為10?500 μ m,深度為10?500 μ m，所述微結(jié)構(gòu)陣列的微結(jié)構(gòu)8呈柱形、三角形、金字塔形、倒金字塔形、錐形或球形，所述微結(jié)構(gòu)8尺寸為0.5?100 μ m,陣列周期為0.5?100 μ m。
[0031]作為本實(shí)施例的進(jìn)一步改進(jìn)，所述金屬膜為Au、Ag、Cu或Pt膜。
[0032]作為本實(shí)施例的進(jìn)一步改進(jìn)，所述芯片基底5材質(zhì)為聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、PVC軟玻璃或熱塑性聚烯烴樹脂(Zeonor )。
[0033]作為本實(shí)施例的另一種改進(jìn),所述第一層金屬膜6厚度為100?500nm,所述第二層金屬膜7的厚度為5?lOOnm。
[0034]本實(shí)施例制備具有表面增強(qiáng)拉曼活性的微流控芯片的方法，包括以下步驟:
[0035]I)加工微流控芯片硅基硬質(zhì)模板:
[0036](I)選取硬質(zhì)模板:本實(shí)施例選取晶向?yàn)?10，電阻率為I?10Ω.cm，厚度為775±20 μ m的單晶硅作為硬質(zhì)模板材料。
[0037](2)清洗硬質(zhì)模板:首先將硅片放在DeCon90清洗液中超聲清洗20min，然后用大量去離子水沖洗，并用氮?dú)獯蹈?；再將硅片放在體積比為1:3的雙氧水和濃硫酸混合液中煮沸，取出后用大量去離子水沖洗，使其表面潔凈。
[0038](3)加工微流道:利用光刻技術(shù)，在清洗干凈的硅片上加工微流道，并在微流道上加工柱形微結(jié)構(gòu)陣列，所述微流道的寬度為100 μ m,高度為80 μ m。所述柱形微結(jié)構(gòu)陣列的柱高為2 μ m,直徑為1.5 μ m，陣列周期為2 μ m,最終得到與圖1所示微流控芯片互補(bǔ)的微流控芯片硅基硬質(zhì)模板。
[0039]2)制備微流控芯片:本實(shí)施例中所選芯片材料為PDMS，本實(shí)施例制備微流控芯片方法如下:
[0040]首先按照質(zhì)量比10:1稱取PDMS(Sylgardl84)和固化劑于燒杯中，攪拌混合均勻。
[0041]將步驟I)所制得的硅基硬質(zhì)模板放入玻璃培養(yǎng)皿中，然后將混合均勻的PDMS注入并完全覆蓋在硅基硬質(zhì)模板上面，其厚度約為3_。
[0042]接著將注有PDMS的玻璃培養(yǎng)皿放入真空干燥器中，用真空泵抽真空，除去PDMS中的氣泡，然后將其放入烘箱中，50°C恒溫固化過夜后脫模即得到如圖1和3所示具有微結(jié)構(gòu)陣列的微流控芯片；即表面具有三條寬度為100 μ m，深度為80 μ m的微流道，微流道內(nèi)部底面具有柱高為2 μ m,直徑為1.5 μ m,陣列周期為2μηι的柱形微結(jié)構(gòu)陣列。
[0043]3)鍍金屬膜:采用真空蒸鍍法，在微流控芯片微結(jié)構(gòu)陣列表面鍍上第一層200nmAu膜，然后在Au膜表面鍍上第二層IOnm的Ag膜。
[0044]4)打孔:在鍍膜后的微流控芯片上加工與微流道相連通的進(jìn)液孔和出液孔即得產(chǎn)
品O
[0045]作為本實(shí)施例制備具有表面增強(qiáng)拉曼活性的微流控芯片方法的改進(jìn)，步驟I)的硬質(zhì)模板為還可以采用石英、玻璃或PMMA。
[0046]作為本實(shí)施例制備具有表面增強(qiáng)拉曼活性的微流控芯片方法的改進(jìn)，步驟2)澆注的芯片材料還可以是PMMA、PVC軟玻璃或Zeonor。
[0047]作為本實(shí)施例制備具有表面增強(qiáng)拉曼活性的微流控芯片方法的改進(jìn)，步驟2)微結(jié)構(gòu)陣列的微結(jié)構(gòu)還可以是三角形、金字塔形、倒金字塔形、錐形或球形，所述微結(jié)構(gòu)8尺寸為0.5?100 μ m,陣列周期為0.5?100 μ m。
[0048]作為本實(shí)施例制備具有表面增強(qiáng)拉曼活性的微流控芯片方法的改進(jìn)，所述步驟3)鍍金屬膜時(shí)分兩步進(jìn)行，首先在微流控芯片微結(jié)構(gòu)陣列表面鍍上100?500nm的第一層金屬膜6,然后在第一層金屬膜上鍍上5?IOOnm的第二層金屬膜7。
[0049]將上述方法制備的具有表面增強(qiáng)拉曼活性的微流控芯片與石英蓋片對準(zhǔn)貼合在一起即得到PDMS微流控芯片系統(tǒng)。
[0050]最后說明的是，以上優(yōu)選實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管通過上述優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對其作出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權(quán)利要求書所限定的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種具有表面增強(qiáng)拉曼活性的微流控芯片，包括芯片基底(5)，所述芯片基底(5)上設(shè)有至少一條微流道(4)以及與微流道(4)相通的進(jìn)液孔(I)、(2)和出液孔(3)，其特征在于:所述微流道(4)的內(nèi)壁設(shè)有微結(jié)構(gòu)陣列,所述微結(jié)構(gòu)陣列表面鍍有第一層金屬膜(6)和第二層金屬膜(7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述具有表面增強(qiáng)拉曼活性的微流控芯片，其特征在于:所述微結(jié)構(gòu)陣列設(shè)置在微流道(4)的內(nèi)底壁。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述具有表面增強(qiáng)拉曼活性的微流控芯片，其特征在于:所述微流道的寬度為10~500 μ m,深度為10~500 μ m,所述微結(jié)構(gòu)陣列的微結(jié)構(gòu)(8)呈柱形、三角形、金字塔形、倒金字塔形、錐形或球形，所述微結(jié)構(gòu)(8)尺寸為0.5~100 μ m，陣列周期為0.5 ~100 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述具有表面增強(qiáng)拉曼活性的微流控芯片，其特征在于:所述金屬膜為Au、Ag、Cu或Pt膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述具有表面增強(qiáng)拉曼活性的微流控芯片，其特征在于:所述芯片基底(5)材質(zhì)為聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷、PVC軟玻璃或熱塑性聚烯烴樹脂。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任意一項(xiàng)所述具有表面增強(qiáng)拉曼活性的微流控芯片，其特征在于:所述第一層金屬膜(6)厚度為100~500nm,所述第二層金屬膜(7)的厚度為5~lOOnm。
7.一種制備具有表面增強(qiáng)拉曼活性的微流控芯片的方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)加工硬質(zhì)模板:在硬質(zhì)模板上加工微流道，在微流道中加工微結(jié)構(gòu)陣列，獲得微流控芯片硬質(zhì)模板； 2)制備微流控芯片:向微流控芯片硬質(zhì)模板上澆注芯片材料，脫模即得與硬質(zhì)模板互補(bǔ)的具有微結(jié)構(gòu)陣列的微流控芯片； 3)鍍金屬膜:在微流控芯片微結(jié)構(gòu)陣列表面鍍金屬膜； 4)打孔:在鍍膜后的微流控芯片上加工與微流道相連通的進(jìn)液孔和出液孔即得產(chǎn)品。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述制備具有表面增強(qiáng)拉曼活性的微流控芯片的方法，其特征在于:步驟I)的硬質(zhì)模板為硅片、石英、玻璃或聚甲基丙烯酸甲酯，加工方法為光刻、激光加工或等離子體刻蝕加工。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述制備具有表面增強(qiáng)拉曼活性的微流控芯片的方法，其特征在于:所述步驟2)澆注的芯片材料為聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷、PVC軟玻璃或熱塑性聚烯烴樹脂。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述制備具有表面增強(qiáng)拉曼活性的微流控芯片的方法，其特征在于:所述步驟3)鍍金屬膜時(shí)分兩步進(jìn)行，首先在微流控芯片微結(jié)構(gòu)陣列表面鍍上100~500nm的一層金屬膜(6),然后在第一層金屬膜上鍍上5~IOOnm的第二層金屬膜(7)。
【文檔編號(hào)】G01N21/65GK103604797SQ201310633377
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月29日
【發(fā)明者】張煒, 張華 , 陳昭明, 杜春雷, 謝婉誼, 黃昱, 何石軒, 吳鵬, 方紹熙, 湯冬云 申請人:重慶綠色智能技術(shù)研究院